70592564 analisis-de-fallas-en-rodamientos

IDEAR
Análisis De Fallas En Rodamientos
diciembre de 1998
Soluciones IDEAR s.r.l.
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(1426) Buenos Aires
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Ing. Alejandro Suárez 2 3/01/00
FALLAS EN RODAMIENTOS ...........................................................................................................3
INTRODUCCIÓN........................................................................................................................................3
TÉCNICAS UTILIZADAS PARA LA DETERMINACIÓN DE FALLAS EN RODAMIENTOS...........................................3
Factor de cresta..................................................................................................................................3
Impulsos de choque ............................................................................................................................4
Emisión acústica.................................................................................................................................4
Spike Energy ......................................................................................................................................5
Análisis de envolvente ........................................................................................................................5
CONCEPTOS BÁSICOS PARA LA INTERPRETACIÓN DEL ANÁLISIS DE ENVOLVENTE ..6
IMPULSOS PERIÓDICOS IDEALES DE ANCHO 0..............................................................................................6
IMPULSOS PERIÓDIOS DE ANCHO τ............................................................................................................6
TRANSFERENCIA MECÁNICA .....................................................................................................................6
MODELO DE REPRESENTACIÓN DE FALLAS EN RODAMIENTOS........................................9
FALLAS INCIPIENTES ................................................................................................................................9
FALLAS AVANZADAS ..............................................................................................................................11
RESUMEN ..............................................................................................................................................13
CONCEPTO DE ENVOLVENTE .....................................................................................................14
PASOS A SEGUIR EN EL ANÁLISIS DE ENVOLVENTE ............................................................15
TÉCNICAS PARA OBTENER LA ENVOLVENTE DE UNA SEÑAL...........................................16
DETECTOR DE ENVOLVENTE...................................................................................................................16
TANSFORMADA DE HILBERT ...................................................................................................................16
VENTAJAS DEL ANÁLISIS DE ENVOLVENTE ...........................................................................17
FRECUENCIAS ASOCIADAS A FALLAS DE RODAMIENTOS..................................................18
BASE DE DATOS DE RODAMIENTOS..........................................................................................................18
EJEMPLO PARA MÁQUINAS DE MUY BAJAS RPM ........................................................................................18
PASOS A SEGUIR EN EL CONTROL Y ANÁLISIS DE FALLAS EN RODAMIENTOS ...........19
CONCLUSIONES ..............................................................................................................................20

FALLAS EN RODAMIENTOS
Introducción
Uno de los problemas que se presentan con mayor frecuencia en una fábrica es el de las fallas en los
rodamientos.
Por esta razón, para poder llevar a cabo un buen programa de mantenimiento predictivo, es necesario
contar con técnicas de monitoreo del estado de funcionamiento lo suficientemente precisas para poder
evaluar:
1. Los cambios en el estado de funcionamiento de un rodamiento desde la primer etapa de desarrollo de
una falla.
2. La naturaleza de la falla.
A partir de esta información, el personal de mantenimiento dispondrá de la mayor cantidad de tiempo
posible para programar la reparación.
El objetivo de este trabajo es:
• Presentar un panorama general con las diferentes técnicas que permiten detectar fallas en
rodamientos.
• Presentar un modelo simplificado para facilitar la comprensión de como se manifiesta una falla de
rodamiento en su primer etapa y en estado avanzado.
• Presentar la técnica de análisis de envolvente para la determinación de fallas incipientes en
rodamientos.
Técnicas utilizadas para la determinación de fallas en rodamientos
Factor de cresta
Es una técnica que puede aplicarse cuando solamente se dispone de un instrumento de medición de
valores RMS o pico de vibraciones mecánicas.
Con estas dos mediciones se puede calcular el factor de cresta , definido como:
FactorDeCresta
ValorPico
ValorRMS
=
Valor Pico Valor RMS Factor de cresta
Incipiente Crece con respecto al valor
histórico debido a la presencia
de los primeros impulsos
Se mantiene respecto del valor
histórico ya que al comienzo
la energía de los impulsos es
baja
Crece con respecto al valor
histórico
Medio Se mantiene ya que aparece
mayor cantidad de impulsos
pero de la misma amplitud
Aumenta, debido a que al
haber mayor cantidad de
impulsos la energía crece
Disminuye en relación al
estado de la falla incipiente.
Avanzado Se mantiene Crece hasta alcanzar al valor
pico
Disminuye hasta valores
cercanos a 1

0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
Valor Pico [g]
Valor RMS [g]
Factor de cresta
Ventajas Desventajas
• Método rápido
• Simple
• Se efectúa con un instrumento de bajo costo
• Sensible a interferencias generadas por otras fuentes
de vibraciones
• No provee información para la determinación de la
falla.
Impulsos de choque
Éste método, comúnmente conocido como SPM (Shock Pulse Method), fue desarrollado en Suecia por la
firma SPM Instrument.
Se apoya en el hecho de que en el instante de colisión entre dos cuerpos, se produce una aceleración
molecular cuya magnitud al comienzo del choque solamente depende de la velocidad del impacto y en
que ni la masa ni la configuración de los cuerpos que colisionan influyen en este proceso.
La aceleración molecular, causa una onda de compresión que se propaga a la velocidad del sonido y que
es captada por un trasductor de impulsos de choque que permite realizar una medición indirecta de la
velocidad del impacto.
Este trasductor es un acelerómetro piezoeléctrico que está adaptado mecánica y eléctricamente a una
frecuencia de resonancia de 32 Khz.
El procedimiento para la medición es:
1. Obtener el valor inicial de medición dBi a partir de las RPM y diámetro del eje, utilizando las tablas
correspondientes.
2. Medir el valor dBSV .
3. Obtener el valor dBN= dBSV -dBi .
4. Aplicar la siguiente regla:
ZONA Rango de dBN Significado
VERDE menor que 20 Buen funcionamiento
AMARILLA 20-35 Funcionamiento deficiente
ROJA mayor que 35 Mal funcionamiento
El valor dBi representa al valor que debe tener un rodamiento nuevo, bien montado y correctamente
lubricado.
Emisión acústica
Se denomina emisión acústica a la liberación de energía almacenada en una estructura en forma de
sonido u ondas elásticas.
Esta liberación de energía es irreversible y se presenta como emisión continua similar al ruido blanco, o
como emisiones de pulsos que al excitar a las frecuencias naturales de la estructura, se manifiestan como
senoides amortiguadas.

La formación de fallas en un punto del material ocurre cuando las tensiones locales exceden a las
tensiones de fractura, dando lugar a la formación de nuevas superficies con la correspondiente liberación
de energía.
En los rodamientos se suelen dar dos tipos de emisiones:
1. Emisión por pulsos debida a defectos en las pistas o rodillos.
2. Emisión continua en caso de que la lubricación sea deficiente.
Spike Energy
Este método consiste en cuantificar la energía de los impulsos que puedan generarse en presencia de
fallas.
Estos impulsos se pueden generar por dos causas:
1. Emisión aleatoria de la energía almacenada en la estructura liberada en la formación de fallas.
2. Impulsos periódicos de choque entre los rodillos con las pistas del rodamiento.
Estos impulsos excitan a las frecuencias naturales de la estructura y del sensor que están por encima de
los 2khz.
El spike energy es una medición de aceleración pico a pico de la señal en alta frecuencia.
Los niveles de gSE medidos dependen de varios factores:
1. Rango de frecuencias de medición. Normalmente, cuanto mas amplio sea el rango de frecuencias,
mayor será el valor medido.
2. Frecuencia de resonancia propia del sensor. Es recomendable trabajar con sensores que tengan
frecuencias de resonancia del orden de los 40 Khz.
3. Frecuencia de resonancia del acoplamiento sensor-máquina. El acoplamiento debe ser lo mas rígido
posible para que las vibraciones de alta frecuencia se transmitan a través del mismo.
4. Ubicación del punto de medición. Para mantener la repetitividad de las mediciones es necesario
medir siempre en el mismo punto. Este punto debe estar en el lugar mas próximo al rodamiento y
debe existir un camino de alta rigidez. Se debe medir sobre el soporte, y no se debe medir sobre la
carcaza de la máquina.
A modo de ejemplo, se presenta un cuadro de valores medidos en el proceso de desgaste de un conjunto
de rodamientos de rodillos secadores de máquinas de papel:
Estado gSE
Erosionado leve 0,3-0,5
Micro pitting 0,5-0,8
Erosionado severo 0,8-1.2
Marcas severas 1,2-2,0
Análisis de envolvente
El análisis de envolvente tiene la particularidad de detectar la presencia de impactos periódicos tales
como los que se producen en los elementos rotantes de un rodamiento pudiendo discriminarlos de otras
fuentes de golpes aleatorios como los que se producen durante la cavitación.
DETECTOR DE
VALOR PICO A
PICO
FILTRO
PASALTOS
5 Khz
INDICADOR DE
NIVEL DE
SPIKE ENERGY
gSE
SEÑAL DE
ACELERACIÓN

CONCEPTOS BÁSICOS PARA LA INTERPRETACIÓN DEL
ANÁLISIS DE ENVOLVENTE
Impulsos periódicos ideales de ancho 0
Un tren de impulsos muy angostos de período T0 tiene un espectro periódico de período con
componentes separadas en:
f
T
0
1
0
=
Aquí se observa que el espectro de un tren de impulsos muy angostos periódico tiene componentes de
frecuencia muy elevadas.
Impulsos periódios de ancho ττττ
Un tren de impulsos de ancho τ y período T0 tiene un espectro con componentes armónicas separadas en:
f
T
0
1
0
=
pero a diferencia del caso anterior, las componentes espectrales mas significativas se extienden hasta la
frecuencia de corte:
fτ
τ
=
1
Aquí se observa que cuanto mayor sea el ancho del pulso τ, tanto menor será la frecuencia de corte fτ. y
que en el caso en que τ tienda a cero el espectro se ensancha tendiendo al caso del tren de impulsos
ideales.
Transferencia mecánica
La transferencia mecánica de una estructura es la relación que existe entre un esfuerzo aplicado y el
movimiento vibratorio consecuente.
τT0
t
Tren de pulsos periódicos
T0
t
Tren de impulsos periódicos
f0
f
Espectro del tren de impulsos
f0
fτ=1/τ
f
Espectro del tren de pulsos

Si f(t) es la fuerza variable en el tiempo aplicada a una estructura y a(t) es la aceleración del movimiento
ocacionado, se define a la transferencia mecánica como:
H s
A s
F s
K
s q
s p
k
k
( )
( )
( )
( )
( )
= =
−∏
−∏
donde:
A(s): transformada de Laplace de a(t).
F(s): transformada de Laplace de f(t).
qk: ceros de H(s).
pk=σk + jωk: polos de H(s) y las ωk representan a las frecuencias naturales de la estructura.
La transferencia mecánica está vinculada con la impedancia mecánica a través de la relación:
H s
s
Z s
( )
( )
=
Para el caso en que la estructura sea un cuerpo rígido de masa puntual M, la transferencia mecánica se
reduce a una constante:
H s
M
( ) =
1
Si a la expresión general se la evalúa en s=jω se obtiene la respuesta en frecuencia de la estructura donde
se pueden observar las frecuencias naturales.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Frecuencia [KHz]
|H(jw)|
RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA ESTRUCTURA
En esta figura se observa que la estructura tiene una frecuencia natural en ωn=6 Khz que depende de la
masa del sistema y de la rigidez según la ecuación:
ωn
K
M
=
H(s)f(t) a(t)

Donde: K y M representan a la rigidez y a la masa del sistema.
Para el caso en que se efectúe una medición sobre el soporte del rodamiento, debido a la gran rigidez de
la estructura la frecuencia natural resultará elevada. Normalmente se encuentra por encima de los 2 Khz.
Si la fuerza que excita a la estructura es senoidal pura con frecuencia mucho menor que la de natural, se
dice que el movimiento resultante es un movimiento forzado o que hay excitación forzada en virtud de
que el movimiento es impuesto por la fuente de excitación.
Si en cambio, la frecuencia coincide con la frecuencia natural de la estructura, se dice que hay
resonancia y en consecuencia el movimiento se ve amplificado.
Aquí se observa que la estructura se comporta como un filtro pasabandas en el que se amplifican todas
las respuestas a las componentes de frecuencia que estén cerca de la frecuencia de resonancia.

MODELO DE REPRESENTACIÓN DE FALLAS EN
RODAMIENTOS
Fallas incipientes
A los efectos de poder comprender como se manifiestan las fallas en un rodamiento, se propone un
modelo que simplifique a la realidad para poder poner de manifiesto como se originan y como
evolucionan dentro de un proceso de desgaste.
Supongamos que el extremo de un eje que gira a 1000 RPM está apoyado sobre un rodamiento con las
siguientes características:
1. 12 Bolas de diámetro 10 mm
2. Diámetro de pista externa: 100 mm
3. Diámetro de pista interna: 80 mm.
Supongamos que en la parte inferior de la pista externa se produce una marca de ancho X=0.1mm.
Cuando una bola pase por encima de la marca, el eje transferirá un impulso a la estructura dado por:
I p t dt= ∫ ( )
0
τ
donde: p(t) es el peso del eje y τ es el tiempo que necesita una bola para pasar por encima de la marca.
τ µ= =
60
1000
01
2 100
6 4
rpm
mm
mm
s
.
* *
,
Π
Como pasan 12 bolas por revolución, estos impulsos se repiten con un período de:
T
rpm
msb = =
60
1000
1
12
5
De este modo, se puede pensar que la fuerza aplicada a la estructura es un tren de pulsos de ancho τ con
período Tb.
El espectro de este tren de pulsos tiene N=Tb/τ= 781 componentes armónicas significativas separadas en
Fb=1/Tb=200Hz y que en consecuencia alcanza hasta Fmax=781*200Hz ~ 156 KHz y con componentes
de menor amplitud que llegan a algunos MHz.
De aquí se deduce que:
En la etapa inicial, una falla está caracterizada por tener:

• Baja energía en virtud de que la marca es poco profunda.
• Gran ancho de banda. debido a la corta duración de los impulsos.
y de aquí se desprenden las siguientes conclusiones:
1. Debido al gran ancho de banda de la fuerza aplicada a la estructura, se excitan las frecuencias
naturales
2. Debido a la baja energía de la fuerza aplicada las componentes de baja frecuencia no producen
movimientos apreciables por lo que la respuesta forzada es despreciable.
3. En consecuencia, cuando las fallas son incipientes predomina la respuesta natural frente a la
respuesta forzada.
Al comienzo, las marcas son pequeñas y los
impulsos tienen baja energía y corta duración.
0 5 1 1 20 25
-
-
-0.5
0
0.5
1
1.
tiem po [m S]
Fuerza
IM PU LS OS PE RIÓD IC O S A PLIC AD OS A LA E ST RU CT UR A
Como los impulsos tienen corta duración, las
componentes espectrales de la excitación llegan
a frecuencias muy elevadas.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Frecuencia [KHz]
|F(jw)|
ESPECTRO DE LA EXCITACIÓN
La estructura rígida tiene frecuencias naturales
altas.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
0
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8
0 . 9
1
F r e c u e n c i a [ K H z ]
| H ( jw ) |
R E S P U E S T A E N F R E C U E N C IA D E L A E S T R U C T U R A
Cada impulso aplicado a la estructura excita a la
frecuencia natural.
Predomina la respuesta natural frente a la
respuesta forzada.
0 5 1 1 2 0 2 5
-
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1
tie m p o [m S ]
A ce l[g ]
R E S P U E S T A D E L A E S T R U C T U R A

El espectro de la respuesta es el producto entre
el espectro de la excitación por la respuesta en
frecuencia de la estructura.
Aún en este caso en que se supone que existe
una sola fuente de excitación, se puede observar
que el espectro tiene muchas componentes muy
juntas, y que es necesario poder discriminar
componentes que están separadas algunos hertz
pero en el entorno de frecuencias de varios Khz. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1
0
0.5
1
1.
2
2.5
Frecuencia [KHz]
|A(jw)|
ESPECTRO DE LA RESPUESTA
Fallas avanzadas
Siguiendo con el modelo anterior, podemos pensar que el proceso de desgaste provoca:
1. Que la profundidad de la falla aumente y que en consecuencia aumente la energía de la excitación
aplicada.
2. Que la longitud de la marca aumente y que en consecuencia se reduzca el ancho de banda de la
excitación.
Suponiendo que el ancho de la marca ahora sea de 5 mm, el ancho de los pulsos aplicado es:
τ = =
60
1000
5
2 100
0 47
rpm
mm
mm
ms
* *
.
Π
El espectro de este tren de pulsos tiene N=Tb/τ ~= 10 componentes armónicas significativas separadas
en Fb=1/Tb=200Hz y que en consecuencia alcanza hasta Fmax=6*200Hz ~ 1.2 KHz.
De aquí, se obtienen las siguientes conclusiones:
1. Al disminuir el ancho de banda de la fuerza aplicada no se exitan las frecuencias naturales de la
estructura, o si lo hace, es a través de componentes d menor energía relativa.
2. Debido al aumento de la energía de la fuerza aplicada, las componentes de baja frecuencia generan
movimientos apreciales.
3. En consecuencia, cuando las fallas son avanzadas predomina la respuesta forzada frente a la
respuesta natural.

A medida que la marca se agranda aumenta la
energía de los impulsos y el tiempo en que una
bola pasa por la marca.
0 5 10 15 20 25
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
tiempo [mS]
Fuerza
IMPULSOS PERIÓDICOS APLICADOS A LA ESTRUCTURA
Al aumentar el tiempo en que se transfiere el
impulso hacia la estructura, disminuye el ancho
de banda de la fuerza de excitación.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
1
2
3
4
5
6
Frecuencia [KHz]
|H(jw)|
ESPECTRO DE LA EXCITACIÓN
Las respuesta en frecuencia de la estructura no
cambia al evolucionar la falla.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0
0
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0 .8
0 .9
1
F re c u e n c i a [K H z]
|H (jw ) |
T R A N S F E R E N C IA
Las respuesta de la estructura es similar a la
excitación.
Predomina la respuesta forzada frente a la
respuesta natural.
RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA
0 5 10 15 20 25
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
tiempo [mS]
Acel[g]
RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA
Como la energía de la excitación está en
frecuencias menores que la frecuencia natural
de la estructura, el espectro de la respuesta es
similar al de la excitación por lo que la
naturaleza periódica de la falla se puede
determinar mediante un análisis espectral en
banda base.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Frecuencia [KHz]
|A(jw)|
ESPECTRO DE LA RESPUESTA

Resumen
Falla incipiente Falla avanzada
Energía Baja Alta
Ancho de banda de la excitación Decenas de kilohertz Algunos cientos de hertz
Respuesta predominante Natural Forzada

CONCEPTO DE ENVOLVENTE
La envolvente de una señal es el contorno que se obtiene uniendo todos los picos del semiciclo positivo.
0 2 4 6 8 10 12
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
tiempo [mS]
Acel [g]
ENVOLVENTE DE LA RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA
En la figura se observa como la envolvente elimina a las oscilaciones correspondientes a la respuesta
natural de la estructura sin perder la información de periodicidad de la excitación que permite
determinar las fuentes de vibraciones periódicas que caracterizan a las fallas en los rodamientos .
0 20 40 60 80 100 120
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
De aquí puede observarse que:
1. La envolvente es siempre positiva, por lo que se debe remover el valor medio para eliminar en a la
componente de continua innecesaria.
2. La frecuencia máxima de la envolvente es mucho menor que la de la señal modulada.
3. Como la envolvente es una señal de baja frecuencia, la frecuencia máxima de los espectros puede ser
baja con lo que se aumenta la resolución.
4. La envolvente contiene la información frecuencial de la fuente de vibraciones.

PASOS A SEGUIR EN EL ANÁLISIS DE ENVOLVENTE
La falla del ejemplo anterior tenía un período Tb=0,5mS y una
frecuencia natural de 6 Khz.
Para poder mejorar el rango dinámico de la medición, es
necesario realizar un filtrado pasaaltos para remover las
vibraciones de bajas frecuencias causadas por desbalanceos,
desalineaciones, etc.
0 5 10 15 20 25
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
tiempo [mS]
Acel[g]
SEÑAL SIN FILTRAR
Esta figura muestra a la señal filtrada donde han quedado la
respuesta de la estructura a la excitación periódica generada por
la falla.
Criterios para la selección de la frecuencia de corte del filtro
pasaaltos
1. La frecuencia de corte del filtro pasaaltos debe ser levemente
inferior a la frecuencia natural excitada.
2. La banda de energía creciente observada en el espectro de
banda base puede servir para determinar la frecuencia de
corte del filtro pasaaltos.
3. En general, la frecuencia de corte está en el orden de 1 Khz.
0 5 10 15 20 25
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
tiempo [mS]
Acel[g]
SEÑAL FILTRADA
Aquí se ha amplificado a la señal para mejorar la relación
señal/ruido antes de efectuar el procesamiento de la envolvente.
0 5 10 15 20 25
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tiempo [mS]
Acel[g]
SEÑAL AMPLIFICADA
La figura muestra la envolvente de la señal amplificada.
0 5 10 15 20 25
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
tiempo [mS]
Acel[g]
ENVOLVENTE
Aquí se muestra el espectro de la envolvente que muestra
claramente a la componente de 100 Hz correspondiente a la
marca en la pista externa y a las armónicas características de los
impulsos periódicos.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Frecuencia [KHz]
|H(jw)|
ESPECTRO DE LA ENVOLVENTE

TÉCNICAS PARA OBTENER LA ENVOLVENTE DE UNA SEÑAL
Detector de envolvente
Una manera de obtener la envolvente de la señal modulada es a partir de un detector de envolvente
conformado por un detector de picos.
El detector de picos carga rápidamente a un capacitor y la descarga se realiza lentamente a través de una
resistencia.
Tansformada de Hilbert
Otra manera de obtener la envolvente es a través de la transformada de Hilbert de la señal digitalizada.
La transformada de Hilbert es una transformación lineal aplicada a la señal, que da como resultado una
función analítica con las siguientes propiedades:
1. La parte real coincide con la señal de entrada.
2. La parte imaginaria está en cuadratura con la señal de entrada. Esto significa, que cada componente
del espectro de la parte imaginaria está a 90° respecto de la misma componente de la parte real.
Como la parte real e imaginaria están en cuadratura, al obtener el módulo de la transformada se
eliminan las componentes de alta frecuencia con lo que queda la envolvente.
AMPLIFICADOR
DEMODULADOR
(Detector de envolvente)
FILTRO
PASABANDAS
(2-5 Khz típico)
ACONDICIONADOR
DE SEÑAL
ANÁLISIS
ESPECTRAL
CONVERSOR
ANALÓGICO DIGITAL FILTRO ANTIALÍASSING
ENVOLVENTE
MÓDULO DE LA
TRANSFORMADA DE
HILBERT
TRANSFORMADA
DE HILBERT
SEÑAL
DIGITALIZADA
ANÁLISIS
ESPECTRAL

VENTAJAS DEL ANÁLISIS DE ENVOLVENTE
• Detecta de fallas incipientes a partir de la amplificación de los
movimientos de la estructura en resonancia
• Extiende las posibilidades del análisis de espectros convencional que
solamente permite detectar los movimientos forzados de las
estructuras correspondientes a las fallas en estado avanzado
• Ofrece precisión en el diagnóstico de fallas de los elementos rotantes
• Detecta otros golpes periódicos de baja energía

FRECUENCIAS ASOCIADAS A FALLAS DE RODAMIENTOS
Las fallas localizadas en los elementos que constituyen al rodamiento generan impactos que se repiten
periódicamente a un ritmo que depende de las RPM del eje y su geometría.
Frecuencia de paso de bola por pista externa
BPFO n
f d
D
= −



2
1 cosφ
Frecuencia de paso de bola por pista interna
BPFI n
f d
D
= +



2
1 cosφ
Frecuencia de giro de una bola
BSF D
f
d
d
D
= −













2
1
2
cosφ
Frecuencia fundamental del tren de rodadura
debida a fallas en la jaula FTF
f d
D
= −



2
1 cosφ
donde:
n: Número de bolas o rodillos.
f: Velocidad del eje (o de la pista externa respecto de la pista interna).
d: diámetro de las bolas o rodillos.
D: Diámetro del paso (medida entre ejes de bolas diametralmente opuestas).
φ: Ángulo de contacto en la dirección radial.
Base de datos de rodamientos
Las frecuencias de falla de los rodamientos se pueden obtener utilizando los programas de rodamientos.
Existen varias opciones: Unas sobre rodamientos de SKF y otros que abarcan a otras marcas.
La forma de utilizarlos es:
1. Ingresar el número que caracteriza al rodamiento.
2. Ingrersar las RPM.
Y de este modo, el programa calcula las frecuencias de falla características.
Ejemplo para Máquinas de muy bajas rpm
En el caso de máquinas de muy bajas RPM como es el caso de los rodillos secadores de las máquinas de
papel, el análisis de envolvente se transforma en una herramienta especialmente útil para la
determinación de fallas de rodamientos.
Supongamos que el eje gira a f=1,35 Hz (81RPM) y que los datos del rodamiento son:
n=25 bolas D=326 mm
d=36 mm φ=15°
Aplicando las ecuaciones anteriores se obtiene:
BPFO=15,1Hz BPFI=18,7Hz
BSF=6,0Hz FTF=0,6Hz
En este caso, los trenes de impulsos excitarán a las frecuencias naturales del rodamiento (que están en el
orden de 6 Khz) y la falla se manifestará por medio de un crecimiento en este rango de frecuencias.
Para poder discriminar a estas componentes en el entorno de una frecuencia de 6 Khz, se requerirá de
mucha resolución y en gran rango dinámico.
En lugar de esto, mediante la demodulación de los impulsos periódico por medio del análisis de
envolvente y haciendo un análisis espectral con frecuencia máxima=50Hz, las componentes se podrán
resolver con mucha exactitud.

PASOS A SEGUIR EN EL CONTROL Y ANÁLISIS DE FALLAS EN
RODAMIENTOS
Controlar espectros de aceleración
con frecuencia máxima=10 Khz y
máscaras de alarma lo
suficientemente próximas al
espectro.
Si no hay coincidencia, se debe a
otros golpes periódicos de baja
energía
• Partes flojas
• Huelgos excesivos.
Si aumenta la energía de una banda
que esté cerca de 5 Khz, es posible
que existan fallas incipientes en
rodamientos.
Si hay coincidencia, el cambio de
condición se debe a una falla
incipiente en el rodamiento.
Efectuar el análisis de envolvente
Si el análisis de envolvente no
muestra componentes espectrales
definidas, entonces el cambio de
estado de funcionamiento se debe a
una fuente de vibraciones aleatoria
como por ejemplo:
• Cavitación
• Fallas en la película lubricante
Si el análisis de envolvente muestra
la presencia de componentes
espectrales definidas, entonces el
cambio de estado de funcionamiento
se debe a fuentes de vibraciones
periódicas
Con el código de rodamiento y las
RPM del eje correspondientes,
ingresar a la base de datos para
obtener las frecuencias
características

CONCLUSIONES
En general, el primer síntoma que indica una falla de rodamiento es un aumento gradual de las
vibraciones por encima de los 2 Khz.
En presencia de fallas existen impulsos que excitan a las frecuencias naturales estructurales y del
trasductor que pasan a formar parte del espectro.
El análisis de envolvente permite separar a los efectos de la estructura para facilitar el análisis de los
impulsos generados por las fallas.

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